此外静音开关提供可选的扩频调制,这也有助于降低电磁干扰,静音开关和Silent Switcher® 2技术完全满足汽车系统对屏蔽电磁干扰的要求。
SoC器件电源设计
SoC器件在当今的汽车系统应用中随处可见,例如信息娱乐系统、摄像机、防撞系统、安全和预警设备以及传感器需要处理的信息越来越多。处理过程必须在高效且独立运行的系统中进行,不需要额外的功率驱动,但它要求高效率。由于SoC器件处理的任务越来越多而且要消耗更大的功率,这可能使得电磁干扰管理变得困难。
新型的高科技汽车系统可能集成了很多不同类型的ARM架构处理器核心、数字信号处理器(DSP)、视频和图形处理器以及辅助支持器件。这些组件都需要可靠的电源驱动,需要的电压包括:5v、3.3v、1.8v、1.2v、1.1v和0.8v。
为了满足目前SoC器件的需求,传统的开关电源控制器采用的是MOSFET器件,单片机之所以引人注意是因为其内部的MOSFET可以将成本和解决方案尺寸降至最低,但是其电流和散热能力通常会限制其使用范围。LT8650S是一款全新的单片降压静音开关稳压器,具备支持当前SoC应用性能和热管理的能力。
LT8650S器件
我们来看一下ADI公司最近推出的LT8650S器件:双通道4A 42V同步降压静音电源开关(静态电流6.2μA)(见图1),它适用于通用降压应用以及汽车和工业领域的产品。LT8650S双通道同步静音稳压器为SoC应用提供了更大的输入电压范围、更优的电磁屏蔽性能以及更小的尺寸,同时提供多个高电流输入,并具备快速瞬态响应能力。
图1:ADI公司最新推出的LT8650S双通道4A 42V同步降压静音电源开关(静态电流6.2μA)(来源:ADI)
它设计有两个通道,每个通道同时提供4A和最大6A的电流输入,并具有超低的静态电流突发模式,当输入电压VIN=12v,输出电压VOUT1=5v,VOUT2=3.3v时其静态电流仅6.2μA,纹波小于10mVP-P。此器件可以在低输出电流的情况下提升效率(输入12VIN、2MHZ,输出2A、5VOUT的情况下效率是94.6%;输入12VIN、2MHZ,输出4A、5VOUT的情况下效率是93.3%)。在强制连续模式下允许固定频率的开关操作控制整个输出负载范围和扩频操作,可进一步减少电磁干扰。LT8650S可选的外部VC管脚为快速瞬态响应提供了最佳的环路补偿,VC管脚还可以实现电流共享。LT8650S触发一个快速的最小开关时间为40ns,其输入电压范围为3-42V,可调的同步开关频率是300KHz到3MHz,器件大小4x6mm,32个管脚,采用LQFN封装。
汽车SoC对电源的负载瞬态响应提出了更高的要求,外围电源负载电流转换速率在100A/μs,无论负载如何变化,电源必须使输出的电压瞬态值最小,快速切换频率如LT8650S系列的2MHz特性,有助于加快瞬态恢复。更快的开关频率对应更快的动态响应和适当的环路补偿。
功率电感支持低EMI的解决方案
Coilcraft公司提供三种流行风格的高性能功率电感器,分为XEL、XAL和XFL系列,这些都属于Ltral产品系列。XEL和XAL系列采用的都是创新型复合材料,功率电感器具备非常平缓的电流波动特性。XFL系列也具有平缓的变化特性,它的材料更类似于传统的铁氧化材料,比XAL和XEL系列变化速率更大一些。XFL系列具有最低的直流电阻,核心损耗最小。相比XAL系列,新的XEL系列具有更低的交流损耗,而XFL系列的总功率损耗最低(图2)。对于设计用于承受高峰值电流的高频电源开关而言,XEL系列无疑是最好的选择。
图2:这些表格数据展示它们重要的区别,包括XAL、XEL和XFL系列之间电感和电流的关系,以及功率损失和纹波电流之间的关系(来源:Coilcraft)
ADI的LT8650S演示板卡(DC2407A)选择使用Coilcraft公司提供的功率电感器进行设计,固定电感器ADI选择的是符合AEC-Q200的1μH XFL5030-102ME,属于Coilcraft XAL/XFL功率电感器系列,该系列具有体积小、频率高、效率高等特性,被新一代静音开关器件所选用,当然这是ADI工程师评估各方面因素做出的最好决定。